Состав формовочного материала для керамической плитки
Владельцы патента RU 2730140:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет", (ДГТУ) (RU)
Изобретение относится к строительным материалам, в частности к самоочищающимся формованным материалам. Состав формовочного материала для керамической плитки, включающий глину, дополнительно включает силикат кальция, алюмокалиевые квасцы и оксид кальция, причем глину бентонитовую, при следующем соотношении компонентов, мас.%: глина бентонитовая 35-50, силикат кальция 25-30, алюмокалиевые квасцы 15-20, оксид кальция 10-15. Технический результат - увеличение срока действия самоочищающего эффекта. 1 пр., 6 табл.
Изобретение относится к строительным материалам, в частности, к самоочищающимся составам формованных изделий, применяющихся в качестве кирпича, облицовочного материала, а также покрытий пола в зонах интенсивного движения.
Изобретение относится к строительным материалам, загрязненная поверхность которых легко очищается за счет воды, растекающейся по всей поверхности и смывающей грязь.
Любая атмосферная влага - туман, утренняя роса, дождь - постоянно образует на поверхности плитки тонкую пленку воды, которая, стекая с вертикальных или наклонных плоскостей фасада, увлекает за собой грязь, не дает ей накапливаться. А активный кислород, выделяющийся под воздействием ультрафиолета, расщепляет органические загрязнители.
Изобретение обеспечивает высокую эффективность самоочищения и расширяет ассортимент материалов, используемых в качестве активных компонентов самоочищающихся строительных материалов.
Известна сырьевая смесь для изготовления облицовочной керамической плитки, которая содержит породу углеобогащения, термообработанную при 570-600°С, глину, а в качестве плавня - иловую часть отходов обогащения железных руд, химический состав которой, мас. %: SiO2 - 42,45; Al2O3 - 14,54; СаО - 14,88; MgO - 4,52; FeO - 8,06; Fe2O3 - 9,46; SO3 - 0,98; R2O - 3,25; MnO - 0,49; TiO2 - 0,73; P2O5 - 0,64%, при следующем соотношении компонентов, мас. %: порода углеобогащения, термообработанная при 570-600°С, 90-70, глина 5-20, иловая часть отходов обогащения железных руд 5-10 (патент RU 2 258 684 С1, C04B 33/00, опубл. 20.08.2008).
Недостатками данного состава являются многокомпонентность, что усложняет технологический процесс изготовления, низкая прочность на сжатие (15-18 МПа), высокое водопоглощение (10,1-11,5%) и энергоемкость производства, связанная с необходимостью термообработки породы углеобогащения, высоким давлением прессования (25-35 МПа) и необходимостью проведения стадии глазурования изделий. При этом на поверхности плитки со временем накапливается грязь и бактерии, требующие санитарной обработки. В связи с этим появились патенты на изобретение покрытий, обеспечивающих самоочищение поверхностей плиток.
Наиболее близким техническим решением является способ изготовления керамических облицовочных плиток из состава, включающего мас. % глину: 45-75%, пирофиллит 9-23 %, алюминий 3,5-5%, флюорит 2,5-4 %, каолин 6-20 %, датолит 2-5%. Из данного состава формуют плитки, термообработку ведут от 25 до 650°С со скоростью 4-5,5 град/мин, а затем со скоростью 45-50 град/мин до температуры самовоспламенения плитки (1050-1150°С) с последующей экзотермической выдержкой в течение 10-15 мин и охлаждением (патент RU 1815943 A1, C04B 33/00, опубл. 1996.02.10).
Недостатком данного состава является многокомпонентность формовочного состава, отсутствие самоочищающего эффекта, степень загрязнения, требующая постоянного ухода.
Задачей данного изобретения является получение формованного строительного материала, таких как черепица, кирпич, строительная керамика с повышенным сроком действия самоочищающегося эффекта.
Сущность изобретения заключается в том, что состав формовочного материала для керамической плитки, включающий глину бентонитовую, силикат кальция, алюмокалиевые квасцы и оксид кальция в следующих соотношениях компонентов (мас. %) :
| Глина бентонитовая | 35-50 |
| Силикат кальция | 25-30 |
| Алюмокалиевые квасцы | 15-20 |
| Оксид кальция | 10-15. |
Изобретение позволяет сохранить структуру формованного изделия даже при воздействии на поверхность его внешних факторов. Структура изделия и, соответственно, самоочищающейся поверхности уникальна благодаря своим свойствам:
- гидрофобность поверхности изделия;
- сохранение формы и структуры изделия даже при внешних воздействиях.
Изобретение повышает эффект самоочищающейся поверхности за счет того, что в состав формовочного материала вводятся алюмокалиевые квасцы, при прокаливании которых уже при 700-800°С после процесса десульфуризации происходит полиморфный переход метастабильной формы оксида алюминия в оксид алюминия C - δ-Al2O3, обладающий сильным окислительно-каталитическим действием.
Оксид алюминия С способствует образованию высокоразвитой специфической поверхности формованного изделия и является катализатором на поверхности плитки. При поглощении квантов (ультрафиолетовое облучение) проявляет дезинфицирующие свойства.
Оксид кальция определяет прочность готового формованного материала.
Содержание оксида кальция в формовочном материале увеличивается при разложении силиката кальция - источника оксида кремния в общем составе.
Характеристика исходных материалов
Бентонит по физико-химическим показателям должен соответствовать нормам для марки СК (строительная керамика), указанным в таблице 1 (ГОСТ 7032-75 Глина бентонитовая для тонкой и строительной керамики).
В работе используется бентонитовая глина карбонатно-палыгорскитовая, имеющая химический состав (таблица 2):
Таблица 2
Химический состав бентонитовой карбонатно-палыгорс-китовой глины
| Наименование. | SIO2 | TIO2 | Al2O3 | Fe2O3 | MgO | CaO | Na2O | K2O | P2O5 | SO3 | FeO | H2O |
| Карбонатно-палыгорскитовая глина | 46,79 | - | 8,63 | - | 2,74 | 10,08 | - | 1,60 | 1,99 | - | 3,41 | 24,33 |
Алюмокалиевые квасцы (таблица 3) - мелкий кристаллический порошок белого цвета (ГОСТ 4329-77), белые гигроскопические кристаллы, хорошо растворимые в воде. Образует кристаллогидрат - алюмокалиевые квасцы.
Таблица 3
Характеристика алюмокалиевых квасцов
| Наименование показателя | Чистый (ч.) ОКП 26 2126 0371 02 |
| 1. Массовая доля алюмокалиевых квасцов [AlK(SО4)2·12H2О], % | Не менее 96,0 |
| 2. Массовая доля нерастворимых в воде веществ, %, не более | 0,010 |
| 3. Массовая доля аммонийных солей (NH4), %, не более | 0,010 |
| 4. Массовая доля хлоридов (Сl), %, не более | 0,0040 |
| 5. Массовая доля железа (Fe), %, не более | 0,0020 |
| 6. Массовая доля тяжелых металлов (Рb), %, не более | 0,0020 |
| 7. Массовая доля мышьяка (As), %, не более | 0,00010 |
| 8. Массовая доля натрия (Na), %, не более | Не нормируется |
| 9. рН раствора препарата с массовой долей 5% | 3 |
Оксид кальция CaO - кристаллическое соединение белого цвета (ГОСТ 8677-76). По физико-химическим показателям оксид кальция должен соответствовать нормам, указанным в таблице 4.
Таблица 4
Физико-химические показатели оксида кальция
| Наименование показателя | Норма |
| Чистый (ч.) ОКП 26 1121 0351 06 | |
| 1. Массовая доля оксида кальция (СаО), %, не менее | 96,0 |
| 2. Массовая доля углекислого кальция (СаСО3), %, не более | 2,5 |
| 3. Массовая доля нерастворимых в соляной кислоте веществ, %, не более | 0,02 |
| 4. Массовая доля общего азота (N), %, не более | 0,06 |
| 5. Массовая доля сульфатов (SO4), %, не более | 0,05 |
| 6. Массовая доля хлоридов (Сl), %, не более | 0,010 |
| 7. Массовая доля железа (Fe), %, не более | 0,02 |
| 8. Массовая доля тяжелых металлов (Рb), %, не более | 0,010 |
| 9. Массовая доля суммы калия и натрия (K+Na), %, не более | Не нормируется |
Характеристика силиката кальция CaSiO3 приводится в таблице 5.
Таблица 5
Характеристика силиката кальция CaSiO3
| Наименование показателя | Норма |
| 1. Происхождение | Jilin, China |
| 2. Наименование | HUAKUANG |
| 3. Модели | HK-WP |
| 4. CAS No | 13983-17-0 |
| 5. Степень чистоты | 93% мин |
| 6. СЧ | CaSiO3 |
| 7. Внешний вид | Белый порошок |
| 8. Тип | Уплотненной |
| 9. Размер частиц | 325 сетки |
Пример конкретного изготовления формованного изделия и экспериментальные результаты отработки.
При изготовлении облицовочных плиток формование изделий производили пластичным способом. Глину раздробили и в смесителе перемешали с предварительно измельченными остальными компонентами в расчетных массовых соотношениях. Смесь приобрела вид однородной пластичной массы.
Формовка пластической массы производится прессованием с получением плитки размером 50×150 мм.
Формованное изделие - плитка - в сушильной установке при начальной температуре 25°С обдувается воздухом с плавным повышением температуры до 700°С в течение 3-4 часов. При этом на поверхности полуфабриката образуется влага, которая быстро испаряется и удаляется системой вентиляции. Кроме того к этому времени достигается полная десульфуризация алюмокалиевых квасцов. Далее со скоростью 15-20 градусов в минуту повышается температура до 1050°С и далее продолжается термообработка в течение 30 минут. При прокаливании уже при 700-80°С после процесса десульфуризации происходит полиморфный переход метастабильной формы оксида алюминия в оксид алюминия C, который на поверхности плитки создает самоочищающий эффект, механизм которого заключается в том, что вода подтекает под грязь на поверхности плитки, смывая ее, и кроме того, при поглощении квантов возникает реакция, которая расщепляет грязь на плитке.
После прокаливания изделие охлаждается и подвергается испытаниям.
После охлаждения плитки нет необходимости покрывать оксидокерамическим покрытием, так как вся внутренняя структура изделия аналогична внешней.
Результаты испытаний приведены в таблице 6.
Таблица 6
Результаты испытаний керамической плитки
| № состава самоочищающейся плитки |
Компоненты исходной смеси | Физические показатели | ||||||||||||
| Глина | Пиро-филлит | Као-лин | Флюо-рит | Дато-лит | Глина бенто-нито-вая | Сили-кат каль-ция | Алюмо-калие-вые квасцы | Оксид каль-ция | Предел прочнос-ти на изгиб, МПа | Предел прочнос-ти на излом, кг | Водо- погло- щение, % |
Контактный угол смачивания каплей воды объемом 10 мкл | Специфи-ческая поверхность в диапазоне, м2/г |
|
| 1 | 60 | 20 | 12 | 8 | 60,3 | 130,2 | - | 149° | 110 | |||||
| 2 | 50 | 25 | 15 | 10 | 63,7 | 155,1 | - | 142° | 120 | |||||
| 3 | 42 | 27 | 18 | 13 | 60,4 | 187,2 | - | 155° | 140 | |||||
| 4 | 35 | 30 | 20 | 15 | 62,4 | 149,6 | 0,1 | 130° | 113 | |||||
| 5 | 30 | 32 | 22 | 16 | 61,3 | 151,3 | - | 145° | 113 | |||||
| Патент 1815943 | 46-75 | 9-23 | 6-20 | 2,5-4 | 2-5 | 49,6-60,1 | 85,4-119,5 | 0,6-1,2 | 25-200 |
Состав формовочного материала для керамической плитки, включающий глину, отличающийся тем, что дополнительно включает силикат кальция, алюмокалиевые квасцы и оксид кальция, а глина используется бентонитовая, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Глина бентонитовая | 35–50 |
| Силикат кальция | 25–30 |
| Алюмокалиевые квасцы | 15–20 |
| Оксид кальция | 10-15 |
